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Biogas e Biometano nel panorama nazionale delle fonti rinnovabili

Vito Pignatelli

Workshop

Energia da residui organici agroindustriali: il progetto V.E.R.O.BIO

Roma, 19 settembre 2013

2

• ITABIA - Italian Biomass Association, è un’associazione indipendente e senza fini di lucro che opera dal 1985 per aggregare esperienze, promuovere ricerca e sviluppo, orientare e supportare la programmazione, assistere la nascita di iniziative territoriali nel settore della bioenergia

• ITABIA mira a promuovere lo sviluppo della produzione, del recupero, del riciclo, della trasformazione e dell'utilizzo produttivo delle biomasse

• ITABIA è fortemente impegnata nella definizione di metodologie mirate a massimizzare le ricadute positive sull’ambiente e la società derivanti dalla valorizzazione delle biomasse

Cos’è l’ITABIA?

3

Consumo interno lordo di energia per fonte in Italia: confronto 2005 - 2012

Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico - Bilancio di Sintesi dell’Energia in Italia, aprile 2013 / ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2006

Consumo interno lordo di energia primaria: 197,8 Mtep

Consumo interno lordo di energia primaria: 177,8 Mtep

2005 2012

Combustibili solidi

8,60%

Idrocarburi liquidi

43,10% Gas naturale

36,01%

Fonti rinnovabili

6,83%

Elettricità importata

5,46% Combustibili

solidi

9,32%

Idrocarburi liquidi

35,76%

Gas naturale

34,51%

Fonti rinnovabili

15,08%

Elettricità importata

5,33%

4

Incidenza % delle fonti rinnovabili sui consumi finali di energia in Italia

16,3

3,1 0,8

16

4

0,7

18,8

7,8

3,7

23,5

11

4,7

26,4

17,1

10,1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Elettricità Riscaldamento eraffrescamento

Trasporti

% C.I.L.

2005

2007

2009

2011

Previsione PAN 2020

Fonte: GSE, 2013

5

Produzione di elettricità da fonti rinnovabili in Italia, anni 2008-2012 (GWh)

Fonti Energetiche 2008 2009 2010 2011 2012

Idraulica 41.623 49.137 51.117 45.823 41.875

Eolica 4.861 6.543 9.126 9.856 13.407

Solare 193 679 1.906 10.796 18.862

Geotermica 5.520 5.342 5.376 5.654 5.592

Bioenergie (*) 5.966 7.557 9.440 10.832 12.487

Totale 58.164 69.255 76.964 82.961 92.222

% FER sui consumi elettrici (**)

16,5 20,8 24,0 22,4 27,1

(*) biomasse, rifiuti solidi urbani (50% frazione biodegradabile), biogas e bioliquidi (**) rispetto al consumo finale lordo

Fonte: GSE, 2013

6

Contributo % delle FER ai consumi finali di energia elettrica in Italia

16,5

20,8

24 22,4

27,1 26,4

38

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

2008 2009 2010 2011 2012 2020

previsionePAN

2020

previsioneSEN

% FER

Elaborazione su dati GSE, 2013

Consumo interno lordo di elettricità nel 2012: 340,4 TWh

7

Impianti per la produzione di elettricità da bioenergie in Italia nel 2012

Tipologia di biomasse utilizzate

Numero di impianti

Potenza installata (MWe)

Biomasse solide 192 2.476

Bioliquidi 414 1.015

Biogas 989 770

Gas di discarica 223 298

Rifiuti 44 1.048

Totale 1.862 5.607

Fonte: GSE, 2013

8

Composizione parco impianti di potenza a bioenergie in Italia nel 2012

Biomasse solide

10,31%

Bioliquidi 22,23%

Biogas 53,11%

Gas di discarica 11,98%

Rifiuti 2,36%

Potenza installata (MWe)

Numero di impianti

Biomasse solide

44,16%

Bioliquidi

18,10%

Biogas 13,73%

Gas di discarica 5,31%

Rifiuti 18,69%

Elaborazione su dati GSE, 2013

9

Possibili impieghi del biogas

• Produzione di energia elettrica mediante combustione in motori di gruppi elettrogeni o cogeneratori (tecnica più utilizzata)

• Combustione diretta in caldaia per riscaldamento (tipicamente caseifici con annesso allevamento suinicolo)

• Utilizzazione, dopo rimozione della CO2 e purificazione, per immissione nella rete di distribuzione del gas, come combustibile per usi domestici, produzione di elettricità in centrali turbogas o biocarburante per autotrazione (biometano)

9

10 10

Produzione di energia dal biogas

1 m3 di CH4 da biogas (9,88 kWh)

COGENERAZIONE PURIFICAZIONE

Elettricità: 2,0 - 4,1 kWh

Biometano: 8,5 - 9,7 kWh

Energia termica: 4 - 6 kWh (generalmente valorizzata solo in parte)

+

Fonte: Co.Agr.Energy, 2012

11

La filiera biogas nel comparto agro-zootecnico

Reflui zootecnici

Raccolta e trasporto

Digestione anaerobica

Biogas

Cogenerazione

Colture dedicate

Raccolta, trinciatura e

trasporto

Elettricità

Calore

Allevamenti zootecnici

Fanghi stabilizzati

Recupero, trasporto e

spandimento

Terreno agricolo

Upgrading

Biometano

Scarti agroalimentari

Trasporto e stoccaggio Aspetti rilevanti

• Temporali • Spaziali • Tecnologici • Normativi

• Materie prime diffuse e abbondanti

• Opzione praticabile per aziende agricole medio-piccole

• Molteplici opzioni energetiche e disponibilità di tecnologie affidabili

Il biogas nel comparto agro-zootecnico: pregi e limiti

• Dispersione delle materie prime sul territorio

• Grandi volumi, limitato valore energetico

• Alcune materie prime stagionali, altre continue

• Destinazione del digestato

• Onerosità impiantistica per l’azienda

• Disponibilità limitata di statistiche ed informazioni

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Esempi di “Best practices” di impianti di biogas nel settore agro-zootecnico

Caso studio Tecnologia Start –up

Potenza elettrica

Potenza termica

Alimentazione Origine della

biomassa

Pieve Ecoenergia s.c.a. (CR) - Lombardia

Cogenerazione – Teleriscaldamento

2009 999 kWe 1.000 kWt

Insilato di mais (70%)

Reflui zootecnici (30%)

Terreni aziendali(99%) Allevamento

aziendale(100%)

Soc. Agricola Agri Floor (VI) –

Veneto

Mini rete di teleriscaldamento

(210 m) 2010 50 kWe -

Insilato di sorgo zuccherino

(60%) Reflui zootecnici

(40%)

Terreni aziendali (100%)

Allevamento aziendale(100%)

Azienda Agricola Mengoli Rino,

Mauro e Gianni S.S. (BO) - Emilia

Romagna

Cogenerazione 2005 350 kWe 50 kWt

Reflui zootecnici (1/3)

Insilati di mais, sorgo e triticale

(1/3) Residui agricoli

(1/3)

Terreni aziendali (75%) Raggio di 15 km (15%)

Azienda Agricola Pascotto Rina S.S.

(VE) – Veneto Cogenerazione 2008 990 kWe

1.104 kWt

Pollina Insilato di mais

Allevamento aziendale (100%)

Terreni aziendali (100%)

Alcuni impianti a biogas nel settore agro-zootecnico sono stati selezionati come esempi di “best practices” nell’ambito del progetto biomasse ENAMA - MiPAAF

13

14

Impianti di biogas nel comparto agro-zootecnico in Italia (dicembre 2012)

Fonte: CRPA, 2013

• 994 impianti a fine 2012, con una potenza elettrica installata complessiva pari a 756 MWe

• L’82,3% degli impianti per i quali è disponibile il dato (593 su 994) funziona mediante codigestione di diverse tipologie di biomasse (liquami, letame, residui agroindustriali e colture energetiche)

• Il 90% degli impianti si trova in Regioni dell’Italia Settentrionale

• Nel corso del biennio 2011-2012 il numero degli impianti censiti è aumentato del 95%, mentre la potenza elettrica è aumentata del 116%

13

14

2

7 6

6

6

12

9

14

23

143

69

151

38

374

106

1

154

273

510

994

49

140

350

756

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000

1.100

1.200

Aprile 2007 Marzo 2010 Maggio 2011 Dicembre 2012

Numero di impianti

Potenza elettrica installata (MW)

Impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia dal 2007 al 2012

Fonte: CRPA, 2013

15

Impianti di biogas nel settore agro-zootecnico in Italia dal 2007 al 2012

154

273

510

994

49

140

350

756

318

513

686 760

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000

1.100

1.200

Aprile 2007 Marzo 2010 Maggio 2011 Dicembre 2012

Numero di impianti

Potenza elettrica installata (MWh)

Potenza media impianti (kWe)

Fonte: CRPA, 2013

16

Distribuzione % degli impianti di biogas del Settore agro-zootecnico per tipo di alimentazione (2012)

Fonte: CRPA, 2013

Effluenti zootecnici + sottoprodotti

agroindustriali + colture energetiche

51%

Effluenti zootecnici + colture energetiche

44,7%

Effluenti zootecnici + sottoprodotti

agroindustriali + colture energetiche

12,3%

sottoprodotti agroindustriali +

colture energetiche 20,1%

Solo effluenti zootecnici

17,7%

Dati relativi al 59,6% degli impianti censiti a fine 2012 (593 su 994)

17

18

Il nuovo regime di incentivazione: tipologie di prodotti per l’alimentazione degli impianti

Per la determinazione della tariffa incentivante, è necessario individuare la tipologia di alimentazione dell’impianto: • Prodotti di origine biologica (Tipo A)

• Sottoprodotti di origine biologica di cui alla Tabella 1-A dell’Allegato 1

(Tipo B) - Per gli impianti a biogas si possono utilizzare anche prodotti del Tipo A (colture) in misura non superiore al 30% in peso

• Rifiuti, per i quali la frazione biodegradabile è riconosciuta forfettariamente ai sensi dell’Allegato 2 (Tipo C)

• Rifiuti non provenienti da raccolta differenziata diversi dal Tipo C e FORSU (Tipo D)

19

Il nuovo regime di incentivazione: categorie di sottoprodotti utilizzabili per gli impianti a biogas (Allegato 1-A)

• Sottoprodotti di origine animale non destinabili al consumo

umano (scarti di macellazione e lavorazione, rifiuti di cucina, farine di carne e ossa ecc.)

• Sottoprodotti provenienti da attività agricole, di allevamento, della gestione del verde e forestali (letame, reflui zootecnici, paglia, residui di campo, scarti di lavorazione di prodotti agricoli e manutenzione boschi ecc.)

• Sottoprodotti provenienti da attività alimentari e agroindustriali (sanse, vinacce, buccette di pomodoro ecc.)

• Sottoprodotti provenienti da attività industriali (industria del legno, della carta ecc.)

20

I nuovi incentivi per la produzione di elettricità da biogas

DM 6 luglio 2012, Allegato I, Tabella 1.1 Art.8,

comma 8

Art.26,commi 1,2 e 3

Tipologia di biomassa

Potenza Tariffa

incentivante base

CAR

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %

Rimozione azoto 40 %

kW €/MWh €/MWh €/MWh €/MWh €/MWh

Tipo a)

1 < P ≤ 300

180 10 30 20 15

300 < P ≤ 600

160 10 30 20 15

600 < P ≤ 1.000

140 10 30

1.000 < P ≤ 5.000

104 10 30

P > 5.000 91 10 30

21



comma 8



Potenza Tariffa

incentivante base

CAR

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %



Tipo b)

1 < P ≤ 300

236 10 30 20 15

300 < P ≤ 600

206 10 30 20 15

600 < P ≤ 1.000

178 10 30

1.000 < P ≤ 5.000

125 10 30

P > 5.000 101 10 30

22



comma 8



Potenza Tariffa

incentivante base

CAR

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %



Tipo c)

1 < P ≤ 1.000

216 10 30 20 (*) 15 (*)

1.000 < P ≤ 5.000

109 10 30

P > 5.000 85 10 30

(*) Fino a 600 kW

23



comma 8



Potenza Tariffa

incentivante base

CAR

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %

CAR + Recupero

azoto (fertilizz.)

60 %



Tipo d)

1 < P ≤ 300

236 10 30 20 15

300 < P ≤ 600

206 10 30 20 15

600 < P ≤ 1.000

178 10 30

1.000 < P ≤ 5.000

125 10 30

P > 5.000 101 10 30

Sviluppo previsto della produzione elettrica da biogas (incluso gas di discarica) in Italia

1.198

284

1.415

508

3.405

773

6.020

1.200

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

Energia prodotta (GWh) Potenza installata (MW)

GWh / MW Situazione al 31 dicembre 2005

Situazione al 31 dicembre 2010

Situazione al 31 dicembre 2011

Previsione al 2020

Elaborazione su dati del Ministero dello Sviluppo Economico - Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili, 30.06.2010 e GSE, 2012

24

Upgrading del biogas a biometano

• Raffinazione del biogas (55-65% in metano) o gas da discarica (45% in metano) per ottenere biometano (≥95% in metano, zolfo totale < 150 mg/m3)

• Generalmente il processo avviene in due stadi successivi:

Rimozione della CO2

Rimozione tracce di altri gas e

contaminanti (*)

Biogas Biometano

(*) silossani, vapore acqueo, idrogeno solforato, azoto, agenti patogeni

I punti critici del processo sono i consumi energetici e la presenza di componenti che possono dare origine a fenomeni di corrosione

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Possibili impieghi del biometano

• Immissione nella rete locale o nazionale di trasporto del gas metano, con utilizzazione anche a grande distanza dalla fonte di produzione, per:

- Usi domestici (produzione di calore, acqua calda sanitaria ecc.)

- Generazione di energia elettrica in centrali a turbogas

- Alimentazione di autoveicoli a metano presso impianti di rifornimento stradali

• Distribuzione presso il sito di produzione per l’alimentazione di automezzi a metano in modalità extra-rete

Mezzi di trasporto pubblici alimentati a biometano nella città svedese di Kristianstad (2008)

Impianto di rifornimento di biometano presso la discarica

di Malagrotta (Roma)

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Principali caratteristiche di un biocarburante "ideale"

• Proprietà e caratteristiche chimico-fisiche il più possibile simili a quelle dei combustibili fossili sostituiti (fungibilità)

• Produzione da materie prime a basso costo, ampiamente disponibili e facilmente reperibili (competitività)

• Processi e tecnologie di produzione semplici, affidabili e scalabili, con basso impatto ambientale e consumi energetici contenuti (sostenibilità)

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Principali caratteristiche di un biocarburante "ideale"

• Proprietà e caratteristiche chimico-fisiche il più possibile simili a quelle dei combustibili fossili sostituiti (fungibilità)

• Produzione da materie prime a basso costo, ampiamente disponibili e facilmente reperibili (competitività)

• Processi e tecnologie di produzione semplici, affidabili e scalabili, con basso impatto ambientale e consumi energetici contenuti (sostenibilità)

Il biometano risponde pienamente a tutti questi requisiti

28

Il biometano in Germania

31; 35%

24; 27%

20; 23%

9; 10%

1; 1% 3; 4% Scrubbingchimico

PWS

PSA

Genosorb

Membrane

Nondisponibile

PSA: Pressure Swing Adsorption PWS: Pressurized Water Scrubbing

20.810;

37%

17.900; 32%

10.680; 19%

4.600; 8%

300; 0% 2.090; 4%

Distribuzione della capacità oraria cumulata di immissione in rete (Nm3/h) in riferimento alla tecnologia di upgrading

Distribuzione degli impianti di biometano in riferimento alla tecnologia di upgrading

Fonte: German Energy Agency - DENA, maggio 2012

29

http://www.33ff.com/flags/bandieremondo/bandiera_Germania.html

Il biometano negli altri Paesi europei

Numero impianti (tecnologia di

upgrading)

Produzione (milioni di Nm3/anno)

Note

Austria 8 8,800 Primo impianto al mondo su larga scala di produzione di Bio-SNG (Gussing)

Gran Bretagna

2 (water scrubbing,1 - cryogenic,1)

1,752

Finlandia 2 670 MWh

Svezia

39 (water scrubbing, 33 - PSA, 8 - chemical

scrubbing, 6 - cryogenic upgrading,1)

Utilizzato quasi esclusivamente come carburante, ma solo 8 impianti immettono direttamente in rete (rete poco sviluppata)

Olanda

11 (membrane, 3 - water scrubbing, 3 -

PSA, 2- chemical scrubbing, 1)

40

Si punta alla realizzazione di reti a bassa pressione tra impianti a biogas (“biogas hubs”) ed upgrading in impianti centralizzati. Esempio: Frieseland Region (7 impianti a biogas collegati con una rete di 40km)

Svizzera 17 (PSA,11 - genosorg scrubbing, 4 - chemical

scrubbing, 2 ) 67 GWh

Fonte: Focus on Biomethane. DBFZ - Energetische Biomassenutzung, gennaio 2012

30

Elaborazione su dati EurObserv’ER - Biofuels Barometer 2012

Bioetanolo

21,02%

Biodiesel 78,02%

Olio vegetale 0,49%

Biometano

0,48%

Consumi percentuali dei diversi biocarburanti nei Paesi dell’Unione Europea. Anno 2011

31

61.256 13.300

95.162

746.470

41.789

984.968

0

150.000

300.000

450.000

600.000

750.000

900.000

1.050.000

Bulgaria Francia Germania Italia (*) Svezia Totale UE (*)

N. veicoli

Veicoli a gas naturale nei paesi UE (giugno 2012)

32

Fonte: Natural Gas Vehicle Association - NGVA Europe, 2013

(*) esclusi Cipro, Malta e Romania - per Grecia, Italia, Lettonia, Lituania, Polonia, Portogallo, Spagna e UK dati aggiornati a fine 2011

Percorrenza stimata per veicoli alimentati con biocarburanti prodotti da 1 ha di coltura

Elaborazione ENEA su dati FNR (Fachangentur Nachwachsende Rahstoffe e. V.), 2009

22.400

23.300

67.000

0 15.000 30.000 45.000 60.000 75.000

Etanolo da cereali

Biodiesel da colza

Biometano

km/anno

33

34

Produzione potenziale di biometano in Italia

• Il potenziale di produzione di metano da digestione anaerobica di biomasse di scarto e deiezioni zootecniche, con l’aggiunta di 400.000 ha di colture dedicate (pari ai terreni destinati a set aside e persi dalla coltura della barbabietola negli ultimi dieci anni, o al 50% dei terreni agricoli non utilizzati), potrebbe raggiungere nel 2030 un valore pari a 8 miliardi di Nm3/anno

• Questa quantità equivale all’attuale produzione nazionale annua di gas naturale o a quella del rigassificatore di Rovigo

Fonte: Il biometano fatto bene, maggio 2012

Impianto di upgrading del biogas a biometano presso la discarica

di Malagrotta (Roma)

34

http://www.33ff.com/flags/bandieremondo/bandiera_Italia.html

Il futuro del biometano in Italia

La reale fattibilità di una filiera produttiva del biometano in Italia è legata all’emanazione di specifiche direttive da parte dell’AEEG relativamente a:

• Le caratteristiche chimico-fisiche del biometano per l’immissione nella rete

di distribuzione del gas

• Le modalità per l’allacciamento alla rete degli impianti di produzione del biometano e i relativi standard tecnici

• Le procedure, tempi e criteri per la determinazione dei costi per gli allacciamenti

• La pubblicazione, da parte dei gestori della rete del gas naturale, delle condizioni tecniche ed economiche per l’allacciamento alla rete dei nuovi impianti, che dovranno essere tali da non penalizzare il loro sviluppo

Fonte: Decreto legislativo n. 28 del 3 marzo 2011

35



Il biometano immesso nella rete del gas naturale sarà incentivato secondo una delle seguenti modalità:

• Mediante il rilascio degli incentivi per la produzione di energia elettrica da

FER, se immesso in rete e utilizzato in impianti di cogenerazione ad alto rendimento

• Mediante il rilascio di certificati di immissione al consumo previsti per i biocarburanti, se immesso in rete e utilizzato per i trasporti

• Mediante l’erogazione di uno specifico incentivo (con copertura a valere sul gettito delle tariffe del gas naturale) per l’immissione nella rete gas senza una destinazione prestabilita


36









37








L’esistenza di una normativa chiara e di facile attuazione, insieme alla disponibilità di incentivi adeguati, costituiscono il presupposto indispensabile per il successo del biometano nel nostro Paese

38


Grazie per l’attenzione

Dr. Vito Pignatelli

Presidente ITABIA - Italian Biomass Association Via Venafro,5 00159 - Roma Tel. 067021118 Fax 0670304833 e-mail: [email protected] www.itabia.it

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